חיידקים ונגיפים וגם שאר היצורונים המקיפים אותנו מכל עבר, משפיעים על חיינו מכל מיני כיוונים. בבלוג אספר על אלה המוזכרים מדי פעם בחדשות וגם לחדשות מדעיות הקשורות בהם. כמו כן אשתף אתכם גם בתמונות ודיווחים על יצורים גדולים יותר, שבהם אצפה בטבע. בלוג זה גם יהווה ארכיון לחומרים שכתבתי בעבר ורלוונטיים לנושא.

5.2.07

לשרוד לנצח

איך וכמה זמן שורדים חיידקים?

לחלק מהחיידקים שסביבנו יש תכונה שהיינו שמחים לאמץ: הם מצליחים לעבור תקופה קשה במעין תרדמה, שלאחריה הם "מתעוררים" וממשיכים בחייהם כרגיל עד התקופה הקשה הבאה.

כולנו יודעים, שכדי להשמיד את כל החיידקים שבתמיסה כלשהי לא די להרתיחה, אלא יש לעקר אותה בטמפרטורה של כ-125 מעלות צלזיוס (בתנאים של "סיר לחץ"). מיהם החיידקים המסתוריים האלה, העמידים בפני הרתחה ובפני כל מיני אמצעים "תוקפניים" אחרים כלפיהם, כקרינה וחומרי חיטוי?

פרדיננד קון (Cohn), הבקטריולוג המודרני הראשון, הוא שאפיין לראשונה, במחצית השנייה של המאה ה-19, את מסלול החיים של החיידק Bacillus subtilis , והראה שלחיידק שתי צורות חיים - האחת, ה"רגילה", המכונה גם וֶגֶטָטיבית, שאינה שורדת בהרתחה, והשנייה, קטנה יותר ועמידה בהרתחה, המכונה נבג פנימי (endospore).


פרדיננד קוהן

כל החיידקים בסוגים Clostridium ו-Bacillus, ובסוגים אחרים הקרובים להם, יוצרים נבגים פנימיים. קיימות גם קבוצות חיידקים אחרות שלהן נבגים מסוגים אחרים.

איך ומתי נוצרים הנבגים? כשתנאי הסביבה משתנים לרעה בהדרגה, החיידקים הוֶגטטיביים, שעד עכשיו חיו תוך מחזורי חלוקה לשני צאצאים הזהים להם במטענם התורשתי ובצורתם, מתחלקים עכשיו לשני צאצאים שונים, שאחד מהם מתמיין לנבג. הנבג שונה מהורהו הווגטטיבי לא רק בגודלו (ראו טבלה), אלא שהוא גם מצטיין בעמידות גבוהה כלפי קוטלי חיידקים לסוגיהם.

לכשישובו התנאים וישתנו, ויחזרו להיות מתאימים לאורח החיים החיידקי, ינבטו הנבגים לחיידקים וֶגטטיביים, שיתחילו את התהליך מחדש. הנבג הפנימי הוא אמנם תולדה של תא אחד, אך למעשה הוא תוצר של שיתוף פעולה בין שני תאים שונים: ראשיתו של התהליך בגדילתו ובהכפלתו של תא-ההורה. אלא שבניגוד להכפלה רגילה, שבה נוצרים שני תאים זהים, בהכפלה זו נוצרים שני תאים שונים, שההבדל הראשון הבולט ביניהם הוא הגודל, אך הם נבדלים בצורה משמעותית גם בגנים המתבטאים בהם ובייעודם הסופי.

התא הקטן, זה שיהפוך בסופו של תהליך לנבג, אוגר חומרי הגנה (כיוֹני סידן וחומצה דיפיקולינית), מסלק את מרבית המים שבו ובונה לו מבפנים מעטפת רב-שכבתית. התא הגדול יותר "עוטף" את התא הקטן, ומפנה את כל משאביו לבניית שכבות המעטפת החיצוניות של התא הקטן. בסופו של התהליך, התא הגדול מתפרק ונעלם! כאשר צובעים חיידקים יוצרי נבגים בצביעות השגרתיות, הנבגים אינם נצבעים ונראים כ"חורים". כדי לצבוע נבגים יש להשתמש בחומרי צבע מיוחדים, המסוגלים לחדור את מעטפת הנבג.


Bacillus cereus - נבגים

כמה זמן יכול נבג כזה להישאר רדום? ההיסטוריה המיקרוביולוגית הקצרה מספרת לנו על החיידק Clostridium aceticum, שהתגלה בשנת 1940. בשנת 1947 הלכה לאיבוד, באוניברסיטת ברקלי שבקליפורניה, המבחנה היחידה באותה מעבדה ובעולם, שהכילה את החיידק הזה. החוקרים סברו, כי החיידק אבד למדע. אך לאחר 34 שנים, ב-1981, נמצאה המבחנה, והחיידקים שבו לצורתם הווגטטיבית בתוך פחות מ-12 שעות.

על שרידותם של הנבגים של Bacillus anthracis, החיידק הגורם לגחלת, במשך כ-40 שנה בקרקע של האי הבריטי גרוינרד (Gruinard), כתבתי ברשומה קודמת.

נבגים של Bacillus anthracis
CDC/Laura Rose

לעתים אנו מוצאים נבגים של חיידקים בממצאים ארכיאולוגיים מתוארכים. כך, למשל, הוחיו נבגים של Thermoactinomyces מממצאים ממחנה רומי בבריטניה, בן כ-2,000 שנה. גם נבגים שנמצאו בתחתיתו של אגם במינסוטה, במשקעים בני כ-7,000 שנה, שבו לחיים ולפעילות.

מהם, בעצם, הגורמים היכולים להשפיע על משך הזמן שבו ישרוד נבג כזה? בטבלה שלפניכם מובאת השוואה בין נבגים לתאים וגטטיביים. ראוי לשים לב לשורה המודגשת - מטבוליזם ופעילות אנזימית. עד כמה נמוכה הפעילות המטבולית בתוך הנבג? האם ייתכן שכלל אין פעילות כזו? אם היא נמוכה מאוד, אזי בפרק זמן של עשרות, מאות ואולי אף אלפי שנים, יתכלו המשאבים המוגבלים של הנבג, ולאחר פרק זמן זה, הנבג לא יוכל עוד לנבוט. אך אם אין פעילות מטבולית, והמשאבים אינם מידלדלים - הרי שאין מגבלה של זמן...

השוואה מבנית וביוכימית בין נבגים פנימיים לתאים הווגטטיביים שמהם נוצרו
המאפייןתא וגטטיבינבג
צביעת גראם
וצביעות "רגילות" אחרות
נצבעלא נצבע
צביעת נבגיםלא נצבענצבע
תכולת סידןנמוכהגבוהה
חומצה דיפיקוליניתאיןיש
מטבוליזם ופעילות אנזימיתגבוהיםנמוכים מאוד
עמידות לטמפרטורות גבוהותנמוכהגבוהה
עמידות לכימיקלים רעיליםנמוכהגבוהה
עמידות לקרינהנמוכהגבוהה
רגישות לאנזים ליזוזיםרגישיםעמידים
תכולת מים\90-80%25-10%
pH פנימי~76.0-5.5

אין לנו תשובה מוחלטת על השאלה, אך שני הממצאים שלהלן, אם יימצא שהם אכן אמיתיים, תומכים כנראה באפשרות השנייה.

ענבר (amber) הוא שרף דביק של צמחים שהתאבן ונשמר במשך מיליוני שנים. פיסות ענבר רבות מכילות חרקים ויצורים קטנים אחרים, שנלכדו בענבר לפני שהתאבן. בשנת 1995 דיווחה קבוצת המחקר של ראול קנו (Cano) על הוצאת תכולת המעיים של דבורה מאובנת מענבר שמקורו בקוסטה-ריקה וגילו 40-25 מיליון שנה. מתכולת המעיים צמחו חיידקי Bacillus sphaericus. חרף התנאים הסטריליים שבהם עבדו קנו וקבוצתו, לא נשללה לגמרי האפשרות שמקור החיידקים הוא זיהום מסביבת המעבדה.


דבורה מאובנת בענבר

קבוצת המחקר של ראסל ורילנד (Vreeland), מאוניברסיטת וסט צ'סטר שבפנסילבניה, ארצות-הברית, דיווחה בשנת 2000 על ממצא מדהים עוד יותר. הם בודדו נבגים של חיידקי Bacillus מכיס של מים מלוחים במשקעי מלח בני 250 מיליון שנה (מתקופת הפרם), שנחפרו בעומק של כ-600 מטר במדינת ניו-מקסיקו. חיידקים אלה היו ממין לא-מוכר למדע, אך קרוב ל-Bacillus marismortui, החי כיום בים המלח. לדברי קבוצתו של ורילנד, חיידקים אלה, שנמצאו במשקעי מלח בני 250 מיליוני שנה, שבו לפעילות ולחיים.


גושי המלח שמהם בודדו החיידקים

אם יתברר ששני הממצאים האחרונים אכן אמיתיים, נוכל להסיק במידה רבה של ודאות שבנבגים פנימיים של חיידקים אין מתקיימת פעילות מטבולית. בתנאי שימור טובים יוכלו, אם כן, נבגים אלה לשרוד גם תקופות ארוכות יותר, ואולי עד אין-סוף...


פורסם במקור ב"גליליאו" 102, פברואר 2007.

2 comments:

  1. תודה. על אף שהכרתי את המושג החכמתי.
    האם יכולה להיות מקבילה לנבג אצל רב-תאיים? או עצם העובדה שהם קשורים ביחסי גומלין מונעת זאת? האם יכול להיות נבג-על שמקיף כמה תאים יחד?
    בכל מקרה ברור שאי אפשר "להנביג" יצור גדול יותר מחיידק, שכן אי אפשר למנוע את השפעת הסביבה מבלי להשקיע אנרגיה. אבל האם אפשר יהיה לבודד למשל את כל הנוירונים ולהנביג אותם אחד אחד תוך כדי מיפוי תלת-ממדי של המוח ותהליך פירוקו? כך בעתיד אפשר יהיה להרכיב מחדש את התאים, כשתהיה אפשרות להשתיל מוח או ליצור גוף שלם במעבדה, ולהחזיר אותם לחיים. אל-מוות, הנה אני בא.

    השבמחק
    תשובות
    1. שלום אליהו
      נבג הוא צורה מיוחדת של תא בודד. ברגע שיצור רב תאי יוצר גופיף קיימא, שמסוגל לשרוד תקופות קשות ולהחיות את עצמו כשחוזרים התנאים הטובים - זה כבר לא נבג, זה משהו אחר.

      משתמשים במושג נבג גם בממלכות נוספות: אצות, פטריות וצמחים. בצמחים ירודים, כטחבים ושרכים, אז הגמטות (שהן חד תאיות) מופיעות כנבגים.

      מחק